一种考虑交通状况的压电感知器件的输出能量计算方法技术

本发明专利技术提供的一种考虑交通状况的压电感知器件输出能量方法，构建压电感知器件在车辆驶过时的荷载转换为半波正弦模型，以及压电材料的等效电荷源模型，然后对两个模型进行解耦，得到压电感知器件在车辆轴载作用下的输出能量。本发明专利技术提出的考虑交通状况的压电感知器件能量输出算法，明确给出了道路荷载与压电材料的力电耦合方程，为研究道路交通状况对压电感知器件能量输出的影响打下基础，为压电感知器件在道路工程中的设计提供理论支持。较开路电压和最大输出功率更为具体的反映了其能量输出，填补了道路交通荷载作用下压电感知器件能量输出计算方法的空白。

A calculation method of output energy of piezoelectric sensors considering traffic conditions

【技术实现步骤摘要】
一种考虑交通状况的压电感知器件的输出能量计算方法
本专利技术属于道路工程领域，具体涉及一种考虑交通状况的压电感知器件输出能量计算方法。
技术介绍
智慧交通作为物联网技术不断发展的产物，其高效、安全的运行离不开各感知终端数据的采集。数据采集终端数量繁多，建设过程中为其配套的供电线路长，总体施工繁琐。若能开发一种既能作为感知器件，采集周围交通环境的信息，又能汲取环境的潜在能量为自身的稳健运行提供电能的设备，则即可节约工程造价又能在一定程度上推动智慧交通的发展。压电装置作为一种传统的信号收发装置，在外力作用下，其内置的压电材料表面会出现异号电荷，进而吸收外部机械能并将其转化为电能。目前，压电装置广泛应用于水声、超声和医学等领域，但将其应用于道路领域的案例屈指可数。在为数不多的关于压电器件在道路工程的研究中，研究人员多是对压电器件的压电性能进行测试，对其输出能量的研究仅局限在描述开路电压的大小和瞬时功率的多少。要想将其作为自供能压电感知器件应用于道路环境，必须对其输出能量有一定的了解。而开路电压作为能量转化的一宏观指标，并不能反映压电感知器件输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑交通状况的压电感知器件的输出能量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、构建压电感知器件的受力模型；/nS2、构建压电材料的等效电荷源模型；/nS3、将受力模型和电荷源模型进行耦合，得到压电感知器件在车辆轴载作用下的输出能量。/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑交通状况的压电感知器件的输出能量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、构建压电感知器件的受力模型；
S2、构建压电材料的等效电荷源模型；
S3、将受力模型和电荷源模型进行耦合，得到压电感知器件在车辆轴载作用下的输出能量。


2.根据权利要求1所述的一种考虑交通状况的压电感知器件的输出能量计算方法，其特征在于，步骤1中所述构建受力模型为半波正弦模型，将压电感知器件在车辆驶过时的荷载进行转换得到半波正弦模型；
F(t)＝Fmaxsin(ωt)






其中，l为加载长度，D为轮胎接地长度，d为压电感知器件长度，t为相应时间，ω为等效加载速度；Fmax为车辆静止时作用于感知器件表面的荷载，T为加载周期；v为车速。


3.根据权利要求2所述的一种考虑交通状况的压电感知器件的输出能量计算方法，其特征在于，步骤2中所述构电荷源模型如下：
i(t)＝ic(t)+iR(t)
其中，iC为流经感知器件等效电容C的电流；iR为流经电路负载R的电流，R即为耗能元件。


4.根据权利要求3所述的一种考虑交通状况的压电感知器件的输出能量计算方法，其特征在于，步骤3中受力模型和电荷源模型的耦合方法如下：
步骤3.1、根据力学模型得到车辆荷载作用下电荷源Qa电荷量；
Qa＝d33Fmaxsin(ωt)
其中，d33为感知器件中压电材料压电应变常数；
步骤3.2、根据电荷量和电荷源模型得到电流i(t)；



步骤3.3、根据电流i(t)得到流经负载的电流iR(t)；






其中，|Z|为电路总阻抗；
步骤3.4、根据负载电流iR(t)和电路总阻抗|Z|得到交通荷载作用下输出功率po(t)；

。


5.根据权利要求4所述的一种考虑交通状况的压电...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹阳森，沙爱民，李佳容，栾博，刘状壮，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61